【摘 要】
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国内果蔬收获作业的机械化、自动化成为了一个亟待解决的问题,为实现果蔬采摘的高效性和实时性,智能化采摘机器人逐渐成为了重点研究对象。不同于工业机械臂,采摘机械臂的作业环境因采摘目标和障碍物的分布无规律可循而变得相对复杂,基于对采摘精度和效率的高要求,对机械臂的控制尤为重要。为此,本文开展了对采摘机械臂的建模和运动学分析、关节空间的轨迹规划、机械臂无碰撞路径规划算法的研究。首先,根据果蔬收获作业环境的
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国内果蔬收获作业的机械化、自动化成为了一个亟待解决的问题,为实现果蔬采摘的高效性和实时性,智能化采摘机器人逐渐成为了重点研究对象。不同于工业机械臂,采摘机械臂的作业环境因采摘目标和障碍物的分布无规律可循而变得相对复杂,基于对采摘精度和效率的高要求,对机械臂的控制尤为重要。为此,本文开展了对采摘机械臂的建模和运动学分析、关节空间的轨迹规划、机械臂无碰撞路径规划算法的研究。首先,根据果蔬收获作业环境的复杂性,选择开链结构的六自由度机械臂为研究对象。运动学是机械臂控制的核心,利用D-H法构建了机械臂的运动学模型,之后进行了运动学的计算且对结果进行了验证。在此基础上,提出了以“能耗最低”与“效率最高”为优化目标的最优逆解选取方法,通过实际算例实现了最优逆解的求解。其次,在无障碍物的作业空间条件下,对采摘机械臂关节空间的轨迹规划进行了研究。通过对三次多项式、五次多项式、梯形曲线、五段S曲线四种方法得到的轨迹规划曲线进行分析和比较,因五段S曲线得到的轨迹曲线连续,且变化平缓;速度变化平稳,速度可控;加速度不存在突变,峰值小,机械臂具有较小的惯性力,无冲击,用此方法对关节进行轨迹规划能够满足采摘机械臂的使用要求。最后,通过正运动学计算,验证了规划结果的准确性。最后,研究机械臂的无碰撞路径规划。分别以“路径最短”和“规划速度最快”为评价指标,对蚁群算法和人工势场法在机械臂无碰撞路径规划中的应用效果进行了比较,结果表明蚁群算法的综合性能比较好,更适合于机械臂的路径规划。
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